Nejvýznamnější odvětví ekonomiky představuje cestovní ruch. Turisté míří zejména do Krušných hor, Slavkovského lesa či lázeňských měst se silnou tradicí jako jsou Karlovy Vary, Mariánské lázně, Františkovy lázně, Lázně Kynžvart či Jáchymov. Atraktivitu kraje nepochybně zvyšuje i každoročně pořádaný Mezinárodní filmový festival v Karlových Varech.

K tradičním odvětvím průmyslu se řadí těžba hnědého uhlí a chemický průmysl na Sokolovsku (Sokolovská uhelná), těžba kaolinu na Karlovarsku (Sedlecký kaolin) a s tím související bohatá tradice keramického a sklářského průmyslu, výroba hudebních dechových nástrojů v Kraslicích a dřevěných strunných nástrojů v Lubech. V kraji se nachází také významné stáčírny minerálních vod (Karlovarské minerální vody), které představují jedno z menších odvětví tradičního průmyslu, generují však nejvyšší přidanou hodnotu.

Z dalších odvětví lze jmenovat strojírenství (ROTAS STROJÍRNY, Svatavské strojírny) včetně výroby průmyslových pecí a zakázkovou kovodělnou výrobu (KOVOMONT, VJB PARTNER). Znatelný nárůst zaměstnanosti, nadprůměrně rostoucí tržby a produktivitu vykazuje v posledních letech také automobilový průmysl (WITTE Nejdek, KE Ostrov – Elektrik, ELEKTROMETALL), na který jsou navázány další průmyslové obory – elektrotechnika a výroba pryžových a plastových výrobků.

V kraji se nachází průmyslové zóny, jako je například Panattoni Park Cheb I. a II. a Průmyslová zóna Ostrov, jejichž umístění blízko německých hranic představuje strategickou výhodu pro řadu firem. Na území Karlovarského kraje se zároveň nachází velké množství jak greenfieldů, tak i brownfieldů, jejichž revitalizace představuje zajímavou možnost pro realizaci budoucích podnikatelských i nepodnikatelských projektů.

V Karlovarském kraji má pobočku či distanční pracoviště také Západočeská univerzita v Plzni, Česká zemědělská univerzita v Praze a Univerzita Karlova. V Karlových Varech pak sídlí Soukromá Vysoká škola finanční a správní.